相信對宇宙對物理有點興趣的大概都聽過“宇宙是十一維的”這說法，但是為什么宇宙是十一維的？知道的人卻很少。有些人即便知道這個事跟超弦理論有點關系，也只是知道超弦理論里面似乎有這樣說，對于為什么超弦會這樣說，知道的就更少了。

　　回到三維的世界

　　要搞清楚十一維的宇宙，我們還是先從我們最熟悉的三維世界開始：當我們說我們現(xiàn)在處在三維世界的時候，我們指的是空間是三維（長寬高）的，如果再把時間算進來，那么一共就是四維。

　　為了描述我們這個世界，物理學家們建立了許多非常出色的理論，比如牛頓力學、麥克斯韋電磁學、愛因斯坦的相對論等等等等。但是這些理論都有一個共性：它們對維度是沒有要求的。

　　沒有要求就是說，麥克斯韋的方程組也好，牛頓愛因斯坦的方程也好，不管你是在3維世界，還是在4 5 6 7 8維的世界去計算，這些理論都能給出正確的結果。也就是說，這些理論對世界的維度沒有做任何限制。

　　直到有一天，出現(xiàn)了一個叫超弦的理論，這個理論竟然破天荒的對宇宙的維度做了嚴格的限制，它要求宇宙的維度一定要是某個具體的維度，不然就玩不下去了。

　　為什么超弦要指定維度

　　相信大家也會絕對奇怪，為什么超弦理論會限制宇宙的維度呢？

　　對于還沒有接觸過超弦的朋友，小編簡單的提一下：超弦理論把世界最基本的單位看成一根根振動的弦，這個弦的不同振動的方式產(chǎn)生了不同的粒子，組成我們的世界。超弦理論吸引人的地方在于：它可以統(tǒng)一廣義相對論和量子力學，可以統(tǒng)一最基本的四種力（引力、電磁力、弱力和強力），是目前大統(tǒng)一理論的最佳候選人之一。當然，超弦理論本身還有非常多的問題急需解決，還遠未到完善成熟的地步。

　　超弦理論的前身是弦理論，當科學家們提出弦理論的時候，他們理所當然的認為弦理論與之前的理論一樣，應該都在各個維度都可以用，于是他們把弦理論用來計算三維空間的物理量的時候，發(fā)現(xiàn)了一些讓人哭笑不得的事情：比如在求解概率的時候，他們竟然算出了負數(shù)，或者大于1的數(shù)。

　　我們都知道概率是一個0到1之間的數(shù)，0表示不可能發(fā)生，1表示絕對發(fā)生。那么，概率為負數(shù)或者大于1這是什么鬼？

　　針對這個問題，美國羅格斯大學的一個科學家洛夫萊斯提出了一個令人震驚的解決方案：他說當你把問題放在三維空間的時候會發(fā)生這種問題，但是，如果你把這個理論放到一個特殊的維度里，計算的概率值就會完美的處于0到1之間。

　　通過驗證，他們算出這個維度不是4維5維或者10維，而是25維。

　　沒錯，就是25維，這比我們的3維世界高出太多了。有的讀者會有疑問：你的標題不是說11維么，這里怎么變成25維了？

　　別著急~這里的25維是超弦理論的前身弦理論得到的結果，弦理論后面還要經(jīng)過幾次充值變得更加強大，變成超弦。

　　那么，為什么弦理論下需要在25維下才能使計算結果有意義呢？

　　光子的質量

　　光是一個很神奇的東西。

　　根據(jù)狹義相對論，任何有質量的物體的速度都無法超過光速，光子之所以能夠以光速飛行，是因為光子的靜質量為0。但是在量子力學里，時空中充滿了量子漲落，我們通過不確定性原理對物體最低能量的探索，我們發(fā)現(xiàn)物體最低的“量子漲落能量”并不為0。

　　我們都知道弦是非常小的，在這么小的地方肯定也是存在量子漲落的，所以弦的最低能量也不為0，弦的這個最低能量加上弦振動的能量就是弦的整體能量。但是，光子的這個最低能量必須為0。

　　根據(jù)弦理論，在不同的維度里，這個弦的最低能量值千變萬化，但是他們經(jīng)過一系列的計算之后發(fā)現(xiàn)：光子的整體能量（最低能量+振動能量）與2+（D-1）×（1+2+3+4+5+……）成正比（其中D代表維度）。

　　歐拉的不可思議公式

　　歐拉，這是一個所有學數(shù)學的人都無法回避的名字，是數(shù)學界神一樣存在的人物。歐拉一生的數(shù)學成功不計其數(shù)，但是可能讓大家最為驚嘆的就是下面這個歐拉公式：

這個神一樣的公式，把數(shù)學里最常見的幾個常數(shù)用這樣的關系表示出來，美的不可方物，要說這是數(shù)學里最美的公式，相信也沒多少人有異議。

但是，上面的歐拉公式雖然美，但是不是我這里想說的，我這里要說的不可思議公式是這個：1+2+3+4+5+……=-1/12（正整數(shù)無窮項相加竟然得到負十二分之一這樣一個負數(shù)）。

我們直觀的認為，正整數(shù)無窮相加怎么著都會得到一個非常非常大的數(shù)，怎么會得到一個負數(shù)呢，而且還是一個負分數(shù)。可以說，歐拉的這個公式賦予了無窮大意義，有興趣的可以去搜搜看這個公式的推導，這些不可思議卻又真真切切存在的東西正是科學最迷人的地方。

超弦的世界

有了歐拉的不可思議公式，我們把它代入到光子的能量公式（光子的整體能量（最低能量+振動能量）與2+（D-1）×（1+2+3+4+5+……）成正比（其中D代表維度））里去，就可以得到當D=25的時候，光子的能量等于0。

弦理論下的25維就是這么來的。

接下來，弦理論開始了大規(guī)模的充值，然后弦理論升級為超弦理論，超弦理論里的這超不是超能力或者超級怎么怎么厲害的意思，而是超對稱。

超弦理論跟弦理論不一樣的地方在于：超弦理論的弦除了在普通空間的D維方向上振動以外，還在超空間的格拉斯曼數(shù)坐標的方向上振動。因此，光子的質量還要包含這兩個方向的效果，所以在超弦里這個能量變成了弦理論的三倍。

于是：光子的整體能量（最低能量+振動能量）與2+3×（D-1）×（1+2+3+4+5+……）成正比。代入進去可以得到：2-（D-1）/4=0，算出來D=9。

這就是說，超弦理論里只有當宇宙的空間的維度為9的時候，超弦理論才有效。

可能，又有人要問：怎么是9，說好的11在哪里？

M理論

超弦理論建立起來以后出現(xiàn)了一個難題：科學家們發(fā)現(xiàn)在9為空間里存在5種形式不一樣的超弦理論，這5種理論到底誰是對的誰是錯的？

這時候有叫威騰的人走了出來，他采用了這樣一種思路：現(xiàn)在有5中理論不知道誰對誰錯是吧，那么我就假設你們都是對的，然后從一個理論出發(fā)去推導，如果能夠找出什么矛盾出來，那就應該有辦法縮小目標范圍了。

威騰的想法是好的，其實就是反證法的思想，但是，讓他沒想到的是：不管他怎么找，他就是找不出這這5種理論的矛盾出來。然后，在這個過程中，我們的威騰突然打通了任督二脈，它發(fā)現(xiàn)這5種超弦理論不僅不存在矛盾，而且就是一個理論的5種化身。

既然確定了方向，那么剩下來的就是風雨兼程。

既然現(xiàn)在已經(jīng)知道5個超弦理論其實是某個更加神秘理論的5個分身，那么接下來的任務當然把它找出來。

當然，如此神秘的理論，哪有這么容易被找到。但是，雖然沒有找到，但是大家還是發(fā)現(xiàn)了一些這個理論應該具備的性質，也不影響威騰先把這個理論的名字取好：如此神秘的理論，就叫M理論算了。

雖然我們還未能揭開M理論神秘的面紗，但是我們知道那5個不同的超弦理論是在一個更高的維度里實現(xiàn)統(tǒng)一的，超弦理論的空間維度是9維，所以M理論的空間維度就是10維，再加上不論在哪里都存在的時間維，剛好就是11維。

終于看到11這個最終的數(shù)字了，沒錯，之所以說我們現(xiàn)在的宇宙是11維的，就是M理論里的10維空間和1維時間。

11=10+1。

結語

大家平?？吹降?1維宇宙就是這么來的。

因此，當我們在說“我們的宇宙是11維的時候”，我們也要清楚這是M理論里預言宇宙的時空維度。但是，我們也知道M理論還有非常多的路要走，它最終是否正確我們也不知道，完全可能最后發(fā)現(xiàn)M理論是錯的，那么宇宙就完全可能是其他的維度，所以，當你在跟其他人談論這個問題的時候，要記得給自己留后路~

最后再談一個問題：根據(jù)M理論，如果我們的宇宙真的是11維的，那么為什么我們現(xiàn)在只能感覺到4維（3維空間+1維時間）呢？

這是因為其他幾個空間在很小的地方蜷縮起來了，用術語說叫緊化了。這個也很好理解，比如我們遠遠的看一根電線，我們覺得它是一維的一根線，但是當你慢慢走近這跟電線的時候，就發(fā)現(xiàn)這原來是一個二維的曲面，或者說三維的圓柱體了。

也可以這樣看：原本三維圓柱體狀的電線慢慢縮小，縮小到一定的范圍我們眼里就只有一條線了，其他幾個維度的空間也是一樣，這樣縮小了，所以我們看不到。